Optimização do tratamento por lamas activadas do efluente líquido da Mundotêxtil

A Mundotêxtil foi fundada em 1975 tendo iniciado a sua actividade na área comercial de produtos têxteis. Actualmente é o maior produtor nacional de atoalhados de felpo e emprega 575 colaboradores. Como resultado do seu crescimento e sobretudo da actividade de tingimento de fio e felpo, as necessidades de água são consideráveis e o volume de efluentes gerados nos processos industriais é cada vez maior a empresa avançou com a construção de uma estação de tratamento por lamas activadas, colocando-a em funcionamento em Setembro de 2004. Inicialmente surgiram dificuldades para a remoção da cor e da concentração da Carência Química de Oxigénio (CQO) de modo a cumprir os limites máximos de emissão permitidos nas normas de descarga no rio Ave e no Decreto-Lei nº 236/98, de 1 de Agosto. Com a descarga de parte dos efluentes no SIDVA e a utilização de um coagulante adicionado ao reactor o tratamento passou a apresentar melhores resultados. O intuito deste trabalho é o de apresentar soluções de modo a optimizar o funcionamento do tratamento biológico da Mundotêxtil. A optimização pode começar na concepção dos produtos, pode incidir no processo de fabrico para além de poder ser efectuada no seio da estação de tratamento biológico. Foi efectuado um estudo do tratamento biológico por lamas activadas no Laboratório de Tecnologia Química Profª Doutora Lída de Vasconcelos, laboratório tecnológico do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) que decorreu nos meses de Maio, Junho e Julho de 2010. O estudo laboratorial foi efectuado para três situações distintas: 1) tratamento do efluente bruto sem qualquer tipo de pré-tratamento (ensaios 1 a 3); 2) tratamento do efluente bruto submetido a pré-tratamento com coagulante Ambifloc BIO MD (ensaios 4 e 5) e 3) tratamento com adição de fungos ao tanque de arejamento (ensaio 6). Foram utilizadas duas instalações de tratamento alimentadas a partir do mesmo tanque de alimentação. Os dois sistemas eram idênticos, diferiram nos caudais de alimentação de efluente que foram alterados ao longo do estudo. O efluente a tratar foi fornecido pela empresa Mundotêxtil, sendo recolhido por diversas vezes ao longo dos ensaios. Este efluente foi retirado após o pré-tratamento da empresa, ou seja este efluente é o mesmo que alimenta o tratamento biológico da Mundotêxtil. Devido a este facto o efluente usado no estudo laboratorial teve uma variabilidade no período em que decorreu o estudo, nomeadamente em termos de concentração de CQO e cor. A relação entre a Carência Bioquímica (CBO5) e a CQO situouse entre 0,47 e 0,63 o que traduz que está dentro dos valores típicos para um efluente têxtil. Os melhores resultados globais de remoção de CQO foram obtidos no ensaio 5 e estiveram compreendidos entre 73,2% e 77,5% para o ensaio 5.1 e entre 62,9 e 73,2% para o ensaio 5.2. Neste ensaio foi utilizado o coagulante. Todos os valores de concentração de CQO obtidos nos efluentes dos decantadores para os ensaios 2, 5 e 6 são inferiores aos valores limite de descarga definidos nas normas de descarga no rio Ave e o Decreto-Lei 236/98. Os valores de concentração de Sólidos Suspensos Totais (SST), pH, fósforo, CBO5 e cor nos decantadores cumpriram os limites de descarga definidos nas normas de descarga no rio Ave e no Decreto-Lei nº 236/98 em todos os ensaios. Os parâmetros cinéticos obtidos para os ensaios com descorante são os que melhor se ajustam ao projecto de uma instalação de tratamento biológico por lamas activadas do efluente da Mundotêxtil. Os valores obtidos, após ajuste, são os seguintes: k=0,015 L/(mgSSV*d); Sn=12 mg/L; a=0,7982 kgO2/kgCBO5; b=0,0233 [kgO2/(kgSSV*d); y=0,2253 kgSSV/kgCBO5; kd=0,0036 kgSSV/(kgSSV*d. Com base nos parâmetros cinéticos obtiveram-se os seguintes resultados para o projecto de uma estação de tratamento biológico por lamas activadas: · Tempo de retenção hidráulica no reactor de 1,79 d, · Volume do reactor igual a 3643 m3 · Consumo de oxigénio no reactor de 604 kg/d · Razão de recirculação igual a 0,8 · Volume total do decantador secundário igual a 540 m3 · Diâmetro do decantador secundário igual a 15 m A quantidade de oxigénio necessário é baixa e o valor mais adequado deverá ser da ordem de 1200 kg/d. Também foi efectuada uma análise aos produtos químicos consumidos pela empresa na área das tinturarias com a finalidade de identificar as substâncias com uma maior influência potencial no funcionamento da Estação de Tratamento Biológico. O encolante CB, Cera Têxtil P Líquida, Perfemina P-12, Meropan DPE-P, Meropan BRE-P, Indimina STS e Benzym TEC são os produtos químicos que têm uma influência potencial mais significativa na qualidade dos efluentes. Devido ao facto das temperaturas do efluente alimentado ao tratamento biológico da Mundotêxtil oscilarem entre 35 ºC e 43ºC efectuou-se um estudo às necessidades de água quente das tinturarias e por outro lado à capacidade de aquecimento dos efluentes disponíveis. Actualmente a racionalização dos consumos de água é cada vez mais premente, por isso também é apresentado neste trabalho um estudo para a substituição das máquinas convencionais das tinturarias com uma relação de banho 1:10 por máquinas de banho curto (1:6,5). Verifica-se a redução de consumos de 40% de água, 52% de energia eléctrica, 35% de produtos químicos, 51% das necessidades de vapor e por consequência um aumento da produtividade. A empresa pode reduzir os consumos de água em cerca de 280.000 m3/ano. A utilização do pré-tratamento com o coagulante permitirá baixar a concentração da CQO e reduzir a cor à entrada do reactor tratamento biológico. Deste modo é possível manter um tratamento eficiente à saída do tratamento biológico nas situações de descarga de cores carregadas e carga orgânica elevada. Com este conjunto de soluções, quer sejam aplicadas na totalidade ou não, a empresa Mundotêxtil pode enfrentar o futuro com mais confiança podendo estar preparada para fazer face à escassez de água e custos cada vez maiores da energia. Por outro lado pode tratar os seus efluentes a custos menores. A substituição das máquinas de tingimento por máquinas com relação de banho mais baixa (banho curto) implica investimentos elevados mas estes investimentos são necessários não só por motivos ambientais mas também devido à grande competitividade dos mercados.The Mundotêxtil was founded in 1975 and started its activity in the commercial textile products. It is currently the largest producer of terry towels and employs 575 collaborators. As a result of its growth and specially of the business of dyeing yarn and terry, water needs are considerable and the wastewater generated in industrial processes has increased significantly, the company proceeded with the construction of a wastewater treatment plant with a biological activated sludge treatment, that started its operation in September 2004. Initially, difficulties have arisen for color removal and concentration of chemical oxygen demand (COD) in order to meet the limits specified in the rules of discharge into the river Ave and Decreto-Lei nº 236/98 of August 1st. With the discharge of part of the effluent into SIDVA and the addition of a coagulant agent in the biological reactor the treatment began to show better results. The purpose of this work is to present solutions to optimize the operation of the biological treatment of Mundotêxtil. The optimization may start with a better design of products, may focus on the manufacturing process in addition to being done within the biological treatment plant. A study of the biological treatment by activated sludge was realized at the Laboratório de Tecnologia Química Professora Doutora Lídia Vasconcelos of the “Instituto Superior de Engenharia do Porto”, (ISEP), from May to July 2010. The laboratory study was conducted for three different situations: 1) treatment of the raw wastewater without any pre-treatment (tests 1 to 3); 2) treatment of the raw wastewater submitted to a coagulant pre-treatment with Ambifloc (tests 4 and 5) and 3) treatment with fungi addition to the biological reactor (test 6). Two similar experimental set-up were used that were fed with the same wastewater. The two treatments differed in the applied hydraulic charge that was changed throughout the study. The effluent to be treated was supplied by the Mundotêxtil company. The effluent was collected after the pre-treatment performed in the company that is, the effluent is the same that was being fed to the biological treatment of Mundotêxtil. Because of this the composition of the effluent used during the laboratory study was not constant (regarding to COD concentration and color, as well as other parameters). The relationship between the biochemical (BOD5) and COD was between 0.47 and 0.63, being within the typical values for a textile wastewater. The best overall results for COD removal were obtained in test 5 and these values were in the range 73.2% to 77.5% in test 5.1 and in the range 62.9 to 73.2% in test 5.2. In this test we used a coagulant agent. All values of COD concentration were obtained for the decanters effluent and for tests 2, 5 and 6 are below the discharge limit values set out in the exhaust emission standards for the river Ave and Decreto-Lei nº 236/98. The total suspended solids (TSS), phosphorus and BOD5 concentration, pH and color of the effluent from decanters met the discharge limits set in the standards of discharge into the river Ave and Decreto-Lei nº 236/98 of August 1st in all tests. Kinetic parameters obtained for tests with pre-treatment with a coagulant agent best fit the design of a wastewater treatment using activated sludge technology for Mundotêxtil. After adjustment, the values obtained are: k = 0.015 L / (mg VSS*d); Sn=12 mg/L; a = 0.7982 kg O2/kg BOD5; b = 0.0233 [kgO2/(kg VSS*d); y = 0.2253 kg VSS/kg BOD5; kd = 0.0036 kgSSV/(kg VSS*d). Based on the kinetic parameters we obtained the following results for the design of a biological treatment plant by activated sludge: · Hydraulic retention time of 1.79 d · Aerating tank reactor with a volume equal to 3643 m3 · Oxygen consumption of 604 kg/d in the biological reactor · Recirculation ratio of 0.8 · Total volume of the secondary clarifier equal to 540m3 · Diameter of the secondary clarifier equal to 15 m The amount of oxygen required is low and the obtained optimum value should be around 1200 kg/d. The coefficient of utilization of oxygen must be better evaluated. It was also carried out an analysis of chemicals consumption by the enterprise in the dyeing area in order to identify substances with a stronger potential influence on the efficiency of the biological treatment plant. The encolante CB, Textile Wax P Net, Perfemina P-12, Meropan DPE-P, Meropan BRE-P, STS and Indimina Benzym TEC are the chemicals that have shown a more significant potential influence on the effluent treatment. Because the temperature of the wastewater fed to the biological treatment of Mundotêxtil varies between 35 ºC and 43 0C a study of the needs of hot water in dying was carried out, as well as on the heating capacity of the wastewater. Presently the rationalization of water consumption is becoming ever more urgent so it is also presented in this work a study for the replacement of conventional machines with a dyeing liquor ratio of 1:10 with short bath machines (1:6.5). With this change, there is a reduction in the consumption of water (40%), electricity (52%), chemicals (35%), steam needs (51%) and therefore increasing productivity. The company can reduce annual water consumption by around 280,000 m3 per year. The use of pre-treatment with bleaching agent will lower the concentration of COD and color of the effluent fed to the biological reactor. Thus it is possible to maintain an efficient biological treatment even in cases of discharge of strong colors and high organic load. With this set of solutions, whether implemented as a whole or not, the company Mundotêxtil can face the future with confidence and be prepared to cope with water scarcity and increasing energy costs. On the other hand it can treat the wastewater at lower costs. The substitution of machines for dyeing by machines with lower liquor ratio (short bath) requires relatively high investments that are necessary not only for environmental reasons but also due to the highly competitive markets